Устройство для регистрации информации

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„457163. (51}4 Н 03 М 1 46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3975180/24-24 (22) 04.11.85

< (46) 07.02.89. Бюл. У 5 (71) Специальное конструкторское бюро научного приборостроения с опытным производством Института механики полимеров АН Латв.CCP (72) Р.Л.Смильгис и М.А.Элстс (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 528583, кл. G Об К 1/12, 1973.

Авторское свидетельство СССР

В 720714, кл. Н 03 М 1/46, 1978. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ

ИНФОРМАЦИИ, содержащее усилитель, вход которого является входом устройства, а выход подключен к первым ,входам аналогового сумматора и блока управления, первый выход которого соединен с тактовыми входами аналого-цифрового преобразователя и блока оперативной памяти, выход которого подключен к первому информационному входу цифрового фильтра, а информационный вход соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, информационный вход которого подключен к выходу аналогового сумматора, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, выход цифрового фильтра является выходом устройства, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, он содержит счетчик адреса, мультиплексор и группу из И блоков постоянной памяти, выходы которых соединены соответственно с информационными входами мультиплексора, а адресные вхо ды объединены с адресным входом блока опе1 йтивной памяти и подключены к кодовым выходам счетчика адреса, выход мультиплексора подключен к входу цифроаналогового преобразователя и к второму информационному вхо- ду цифрового фильтра, при этом блок управления содержит компаратор, четыре элемента И, три триггера, управляемый делитель частоты, формирователь импульсов, цифроаналоговый преобразователь и узел задания режимов, первый выход которого через цифроаналоговый преобразователь блока управления соединен с первым входом компаратора, второй вход которого является первым входом блока управления, а выход компаратора соединен с первым входом первого элемента

)4, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, вход сброса которого объединен с входами сброса второго и третьего триггеров и подключен к выходу переполнения счетчика адреса, вход установки первого триггера подключен к выходу второго элемента И, первый вход которого объединен с первым входом третьего элемента И и подключен к выходу формирователя импульсов, вход которого соединен с вторым выходом узла задания режимов, третий выход которого соединен с установочным входом третьего триггера, прямой выход которого подключен к второму входу второго элемента И и к входу разрешения записи блока оперативной памяти, инверсный выход третьего триггера подключен к второму входу третьего элемента И, выход которого соединен с первым установочным входом второго триггера, второй установочный вход которого подключен к выходу первого

457163

1 элемента И, а прямой выход второго триггера соединен с первым входом четвертого элемента И, выход которо- го является первым выходом блока управления и соединен с входом счетчика адреса, а второй вход четвертого элемента И соединен с выходом управляющего делителя частоты, информационный вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а управляющий вход соединен с четвертым выходом узла задания режима, пятый выход которого соединен с управляющим входом мультиплексора.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам для представления измеряемых электрических величин в цифровом виде, и может быть использовано для исследования быстропротекающих необ- 5 ратимых процессов, в физике, дефектоскопии, медицине и т.д.

Цель изобретения — повышение точности регистрации за счет применения оптимального вспомогательного случайного сигнала для определения группы характеристик регистрируемого сигна. ла.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для регистрации ин- формации на фиг. 2 — структурная схема блока управления..

Устройство для регистрации инфор- . мации содержит последовательно соединенные усилитель 1, вход которого является входом устройства, аналоговый сумматор 2, аналого-цифровой преобразователь 3, блок 4 оперативной памяти и цифровой фильтр 5, выход которого является выходом устройст-:

25 ва. Выход усилителя 1 подключен к

;первому входу блока 6 управления, второй вход которого соединен с одним выходом счетчика 7 адреса, другой выход которого подключен. к объединенным адресным входам N блоков 8 постоянной памяти и к адресному входу блока 4 оперативной памяти.

Вход счетчика 7 адреса соединен с первым выходом блока 6 управления, 35

J который подключен также к тактовому входу аналого-цифрового преобразователя 3 и тактовому оходу блока 4 оперативной памяти. Второй выход блока 6 управления подключен к входу 41 управления мультиплексора 9, каждый из N информационных входов которого соединен с выходом соответствующего иэ Ы блоков 8 постоянной памяти.

Третий выход блока 6 управления соединен с входом разрешения записи. блока 4 оперативной йамяти. Выход мультиплексора 9 подключен к входу цифроаналогового преобразователя 10 и второму входу цифрового фильтра 5, а выход цифроаналогового преобразователя 10 подключен к второму входу аналогового сумматора 2.

Кроме того, блок 6 управления содержит узел 11 задания режима, компаратор 12, четыре элемента И 13-16, три триггера 17 - 19, управляемый делитель 20 частоты, генератор 21 тактовых импульсов, цифроаналоговый преобразователь 22, формирователь 23 импульсов. Первый выход узла 11 подключен к входу цифроаналогового преобразователя 22, выходам соединенного с одним входом компаратора 12.

Другой вход.компаратора 12 является первым входом блока 6 управления, а его выход подключен к одному входу элемента И 13. Второй вход элемента

И 13 подключен к выходу триггера 17, вход сброса которого объединен с входами сброса триггеров 18 и 19 и является вторым входом блока 6 управления. Вход установки триггера 17 подключен к выходу элемента И 14, один вход которого объединен с первым входом элемента И 15 и соединен с выходом формирователя 23 импульсов.

Вход формирователя подключен к второму выходу узла 11 задания режима.

Третий выход узла 11 соединен с входом установки триггера 19, прямой выход которого подключен к второму входу элемента И 14 и является одно-. временно третьим выходом блока 6 управления.

14571

Инверсный выход триггера 19 подключен к второму входу элемента

И 15» выход которого соединен с одним входом установки триггера 19, Второй вход установки триггера 19

° соединек с выходом элемента И 13.

Выход триггера 18 подключен к одному ,входу элемента И l6, другой вход ко-, торого соединен с выходом перест- 1п раиваемого делителя 20 частоты, к входам которого подключен выход генератора 21 тактовых импульсов и четвертый выход узла 11. Выход элемента И 16 является первым выходом блока б управления, а пятый выход узла

11 задания режима является вторым входом блока 6 управления.

В зависимости от искомых характе- . 2О

1 . ристик исследуемого сигнала от его функции распределения вероятностей, если она известна, существует оптимальный вспомогательный случайный

63 сигнал, применение которого при детерминированно-стохастическом аналого-цифровом преобразовании обеспе- . чивает минимальную погрешность регистрации. Мерой погрешности регистрации служит средняя дисперсия оценки искомой характеристики сигнала ь

D(f j — — — $5f(U) ш 1 P(U)«ПУ» (1)

d где P (.) — плотность распределения х регистрируемого сигнала; а»Ь) — диапазон регистрируемоь го сигнала;

m - g ° f(u)P„ (u)au; коэффициент нормирования °

Оптимальная фуккция плотности распределения вероятностей вспомогательного сигнала, при которой средняя дисперсия оценки становится минимальной, соответствует выражению

L г()= к,(5+(k-1)qjf (5+(k-1)qj

r(q,.) Гч; + к=n « !

ЗО

+ (к - 1)Ч1.

Существует оптимальный вспомогательный случайный сигнал для опреде55 . ления группы характеристик регистрируемого сигнала x(t). При L = .1 функция плотности распределения вероятностей сигнала определяется следующим соотношением: где R () — распределение вероятносл тей регистрируемого сигнала;

1 () — производная искомой характеристики сигнала

L — число детермированных квантов аналого-цифрового преобразователя;

q — - величина кванта аналогоцифрового преобразования;

S(q) = Х а. „ 1+(-1)qgf 1+

k <

+ (k-1)q);

T(k %) = - f $g+ (j 1) q) °

J=R

После регистрации мгновенного значения х исследуемого сигнала с уче1 том следующих обозначений: число

n — результат аналого-цифрового

1 преобразования х,, который записан в

i-й адрес блока памяти регистратора, число — реализация вспомогательного случайного сигнала, которая при конкретной реализации известна зара-, ;нее, имеем, что оценка искомой характеристики сигнала определяетСя следующим выражением:

= m,+, В„Ц,+ (k r(q,) — 1)Ч) f j(„.+ (k — 1)q) Эта оценка будет несмещенной, т.е. не будет содержать систематическую погрешность при любом вспомогательном случайном сигнале, Однако

35 только вспомогательный случайный сигнал (2) будет обеспечивать наименьшую статическую погрешность (1)

40 регистрации. Это результат того, что вспомогательный случайный сигнал (2) учитывает все существенные особенности регистрируемого сигнала и искомой его характеристики.

Когда необходимо определить одно45 временно несколько характеристик регистрируемого сигнала, применение оптимального по отношению к одной фиксированной характеристике может привести к значительным погрешностям при определении остальных характеристик сигнала.

1457163

Р() = Л К„(() (1 — К„()) °

5; t (s)1 (3) 5

55 где L . определяет все погрешности каждой отдельной характеристики регистрируемого сигнала x(t) . Средняя дисперсия оценки искомой характеристики f, тогда определяется следующим выражением:

" 1" 1 .

1 где ВК; 1 К;(u) — шК;1 Р„(ПИП °

1" б

Применение оптимальйого BcIIOMo» гательного сигнала одновременно для группы характеристик позволяет уменьшить погрешность регистрации в среднем сразу всех этих характеристик . сигнала. Это достигается тем, что вспомогательный случайный сигнал учитывает особенности как входного сигнала x{t), так и одновременно всех

1 искомых erо характеристик.

Устройство работает следующим образом.

Перед регистрацией информации на узле 11 выбираются параметры режима регистрации: порог пуска, частота регистрации, оптимальная к искомой оценке плотность функции распределения вспомогательного сигнала.

Эти параметры выбираются с помощью кодовых переключателей. Код, соответствующий выбранному порогу пуска, по первому выходу узла 11 подается на цифроаналоговый преобразователь.

22, посредством которого преобразуется в аналоговый сигнал и поступает на вход опорного напряжения компаратора 12. Код, соответствующий выбранной частоте регистрации, ло четвертому выходу узла 11 подается на управляющий вход делителя 20 частоты, посредством которого частота генератора 21 тактовых импульсов делится на 2", где k — - выбранное число кодового переключателя. Делитель 20 частоты может быть выполнен, например, на микросхемах К155ИЕ8.

Код, соответствующий выбранной плотности функции распределения вспо,могательного сигнала, поступает с пятого выхода узла 11 задания режима на управляющий вход мультиплексора

9. После выбора параметров режима регистрации нажатием на узле 11 кнопки "Готов" устройство подготавливается к регистрации информации. При этом с третьего выхода узла 11 поступает импульс, который устанавливает в единичное состояние триггер 19, разрешающий запись в блок 4 оперативной памяти. При нажатии на узле 11 кнопки "Разрешение 3II/СЧТ" с его второго выхода поступает сигнал на : фомирователь 23 импульсов, по которому формирователь 23 формирует импульс, поступающий через логический элемент И 14 на вход триггера 17 и устанавливает его в единичное состояние. Длительность импульса, сформированного формирователем 23, должна быть меньше длины выборки Т п, где Т вЂ” период генератора 21 тактовых импульсов, и — количество отсчетов, записываемых в блок 4 оперативной памяти.

Триггер 17 позволяет проход через элемент И 13 сигнала пуска, который формируется компаратором 12. При поступлении через усилитель 1 регистрируемого сигнала Пя и превышении им уровня порога пуска компаратор 12,формирует фронт сигнала, который через элемент И 13 устанавливает в единичное состояние триггер 18. Этот триггер позволяет проход тактовых импульсов выбранной частоты на аналого-цифровой преобразователь 3, генератор 7 адреса и блок 4 оперативной памяти.

Начинается регистрация информации. При.этом в каждом такте преобразования аналоговым сумматором 2 от регистрируемого сигнала U вычитается нормированное по величине кванта о аналого-цифрового преобразователя 3 значение вспомогательно/ го сигнала, соответствующее оптимальной плотности распределения.

Значение < считывается из выбранного блока 8 постоянной памяти и преобразуется в аналоговый сигнал цифроаналоговым преобразователем

10. Полученная разность с выхода аналогового сумматора 2 поступает на вход, аналого-цифрового преобразователя 3, где преобразуется в код, который последовательно записывается в блок 4 оперативной памяти.

1457163

После заполнения блока 4 оперативной памяти счетчик 7 адреса выдает импульс переполнения, который сбрасывает триггер 17-19. Регистрация информации прекращается и регистратор переходит в режим хранения.

Вспомогательный случайный сигнал с требуемыми оптимальными плотностями функции распределения к on- 1p

>еделенному сигналу согласно выражениям (2) и (3) .может быть, например, определен посредством ЭВМ и заранее записан в И блоках 8 постоянной памяти. При выборе на узле 11 оптимальной плотности функции распределения вспомогательного сигнала поср цством мультиплексора 9 пвдклю" чается выход соответствующего блока

8 постоянной памяти. В зависимости 20 от адреса, формируемого счетчиком . адреса, на выходе блока 8 постоянной памяти появляются значения записанной реализации.

При считывании накопленной.в блоке 4 оперативной памяти информации на узле 1 1 выбирается частота считывания, причем тем же кодовым переключателем, которым выбиралась частота регистрации. При нажатии кнопки

"Разрешение ЗП/СЧТ" формирователь

23 импульсов формирует импульс, ко торый через элемент И 15 устанавливает в состояние единицы триггер 18 °

Последний обеспечивает проход им пульсов считывания через элемент И 6 в счетчик 7 адреса. Начинается считывание информации. При этом в каждый такт считывания в цифровой фильтр 5 поступает иэ блока 8 постоянной па,мяти через мультиплексор 9 соответI ствующее отсчету дискретное значение вспомогательного сигнала с оптимальной плотностью распределения. Посредством цифрового фильтра 5 полученный код, представляющий собой число, целая часть которого — считанный отсчет, а дробная часть— значение вспомогательного сигнала, фильтруется, выделяя уточненные по поставленной задаче значения регистрируемого сигнала.

Введение N блоков постоянной памяти для хранения реализации вспомогательного случайного сигнала с различной плотностью распределения и новых связей значительно повышает точность регистрации без снижения быстродействия предлагаемого устройства. Повышение точности регистрации достигается за счет того, что преобразование регистрируемого аналогового сигнала в цифровой его эквивалент осуществляется детермированно-стохастическим методом с использованием оптимального вспомогательного случайного сигнала для искомой характеристики или группы характеристик исследуемого сигнала. .Э

1457163

Составитель Э.Сечина

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Ъ.

Редактор А.Мотыль

Тираж 880

Заказ 1223

Подписное

ВЯЯИПК Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101